基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

沈文軍

摘要：新課程改革重視對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，物理觀念作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)側(cè)面，是教師課堂教學(xué)中的重要目標(biāo)與內(nèi)容。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，教師通過(guò)開(kāi)展各種物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，能有效深化學(xué)生的物理觀念，筆者基于核心素養(yǎng)，淺談?dòng)行ч_(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)的策略。

關(guān)鍵字：高中? 物理觀念? 實(shí)驗(yàn)

物理觀念指的是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華，從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。值得注意的是物理觀念不是物理知識(shí)，教師若想培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，應(yīng)將其滲透于教學(xué)的各個(gè)過(guò)程中，通過(guò)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)展物理觀念，提高學(xué)科素養(yǎng)。

一、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出猜想假設(shè)

新課標(biāo)提出了“教學(xué)生活化”的要求，高中物理中的很多物理現(xiàn)象與規(guī)律都來(lái)源于身邊生活。教師要注重聯(lián)系實(shí)際生活，引導(dǎo)學(xué)生從身邊生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并據(jù)此提出猜想與假設(shè)，展開(kāi)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)他們用物理視角去思考與分析身邊事物的學(xué)科意識(shí)，提高其物理思維。

比如對(duì)《研究物體間的相互作用》開(kāi)展教學(xué)時(shí)，筆者向?qū)W生提問(wèn)道：“大家用手拍一下桌面，有什么感覺(jué)呢？為什么？”學(xué)生紛紛答道：“手疼，因?yàn)樽雷邮怯驳模虻绞謺?huì)疼啊?！本o接著筆者又問(wèn)道：“將足球踢向墻壁，足球在接觸墻壁之后會(huì)被彈回來(lái)，這是為什么呢？”筆者讓學(xué)生思考這兩種生活現(xiàn)象，從物理學(xué)的角度提出自己的猜想。筆者留給學(xué)生充足的時(shí)間去思考與分析這一問(wèn)題，最后學(xué)生們經(jīng)過(guò)交流討論，得出了如下的猜想：手感到疼是因?yàn)槭质艿搅俗雷訉?duì)手的力，足球被彈回來(lái)是因?yàn)樽闱蛞彩艿搅藟?duì)足球的力，也就是說(shuō)兩個(gè)物體間的力是相互作用的。緊接著筆者引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)這一猜想設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，從而驗(yàn)證這一猜想。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生大顯身手，通過(guò)多元的策略證明了上述假設(shè)。例如有的學(xué)生利用遙控器控制小車向前進(jìn)，可以觀察到車輪下面的木板相互運(yùn)動(dòng)，這說(shuō)明相互作用的摩擦力作用在兩個(gè)物體上，且方向相反。

在上述教學(xué)活動(dòng)中，筆者通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出猜想，有效深化了他們的物理思維與物理應(yīng)用意識(shí)，在高效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，發(fā)展了學(xué)生的物理觀念，取得了事半功倍的效果。

二、設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行個(gè)性探究

新課標(biāo)倡導(dǎo)“小組、探究、合作”的學(xué)習(xí)模式。筆者認(rèn)為，教師在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，要注重引導(dǎo)學(xué)生親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，使他們親歷知識(shí)的形成過(guò)程，進(jìn)行個(gè)性探究，從而促進(jìn)他們?cè)谧灾髟O(shè)計(jì)過(guò)程中，強(qiáng)化物理觀念，提高理解與認(rèn)知。

比如在對(duì) 《共點(diǎn)力的平衡條件》進(jìn)行教學(xué)時(shí)，筆者首先引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)氣球的受力特點(diǎn)，得到了猜想：二力平衡的條件是合外力為零，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。隨后筆者又追問(wèn)道：“那么物體受到三個(gè)力的平衡條件是否也是合外力為零呢？”學(xué)生針對(duì)這一問(wèn)題，開(kāi)始分小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。各小組開(kāi)動(dòng)腦筋，利用物理知識(shí)設(shè)計(jì)出了多元的實(shí)驗(yàn)方案，例如有的小組認(rèn)為，可以在一個(gè)同心圓紙面上，用三根彈簧秤拉繩套，讓繩結(jié)點(diǎn)位于圓心，記錄下三個(gè)力的大小、方向和作用點(diǎn);有的小組認(rèn)為，可以將一根輕質(zhì)小圓環(huán)與三根細(xì)繩相連，在其中一根細(xì)繩的一端掛上重物，另兩根細(xì)繩上掛上鉤碼，使得輕質(zhì)小圓環(huán)在三根細(xì)繩的拉力下處于平衡狀態(tài)。在各小組得出了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案之后，筆者開(kāi)始讓學(xué)生根據(jù)方案展開(kāi)實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)。筆者會(huì)在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，仔細(xì)觀察各小組的合作情況，解答學(xué)生的疑惑，并引導(dǎo)他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題完善實(shí)驗(yàn)方案。

在上述教學(xué)活動(dòng)中，筆者通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)方案，提高了學(xué)生利用物理知識(shí)思考分析生活中各種事物與現(xiàn)象的能力，深化了他們思維的創(chuàng)造性，取得了很好的教學(xué)效果。

三、分析數(shù)據(jù)，歸納隱性規(guī)律

數(shù)據(jù)分析是物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，對(duì)提高他們應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題發(fā)揮著重要作用。筆者認(rèn)為，教師在組織學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地培養(yǎng)他們分析數(shù)據(jù)的能力，使他們學(xué)會(huì)通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出其中的隱性規(guī)律。

比如在對(duì)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》展開(kāi)教學(xué)時(shí)，筆者就有意識(shí)地培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法，并使他們學(xué)會(huì)定性地分析誤差產(chǎn)生的原因。在課堂上，筆者引導(dǎo)學(xué)生使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵架臺(tái)、紙帶、交流電源、刻度尺等實(shí)驗(yàn)器材展開(kāi)了操作，學(xué)生通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打的點(diǎn)就可以計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、瞬時(shí)速度等。在得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，筆者讓學(xué)生利用已有的知識(shí)與活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，展開(kāi)了數(shù)據(jù)分析工作。學(xué)生利用數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出了vn、ghn、1/2v2的值，其中n代表打點(diǎn)計(jì)數(shù)器打的點(diǎn)數(shù)。通過(guò)比較ghn與1/2v2，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，兩者在誤差范圍內(nèi)是相等的，于是筆者向?qū)W生提問(wèn)道：“大家能分析一下為什么ghn比1/2v2偏大，而不是完全相等的原因嗎？”隨后學(xué)生開(kāi)始利用所學(xué)物理知識(shí)，對(duì)這一誤差展開(kāi)分析。通過(guò)進(jìn)行受力分析，學(xué)生最后得出了結(jié)論：ghn比1/2v2偏大是因?yàn)樽枇ψ龉Φ脑?，若不?jì)阻力，則mghn=1/2mv2，也就是說(shuō)，在只有重力做功的情況下，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能總量保持不變。

在上述教學(xué)活動(dòng)中，筆者通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高了他們數(shù)據(jù)處理的能力，升華了他們對(duì)于生活中物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，高效達(dá)成了筆者所預(yù)期的目標(biāo)。

四、融入應(yīng)用，升華知識(shí)認(rèn)知

知識(shí)來(lái)源于生活，教師在引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)對(duì)生活現(xiàn)象展開(kāi)探究之后，還應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)還原到實(shí)際生活中去，通過(guò)融入應(yīng)用性的訓(xùn)練活動(dòng)，升華學(xué)生對(duì)相關(guān)物理知識(shí)的認(rèn)知，發(fā)展其物理觀念。

在對(duì)《平拋運(yùn)動(dòng)》進(jìn)行教學(xué)時(shí)，筆者在課堂上引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，探究了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)會(huì)了求解平拋運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間、運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，為了進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象的能力，筆者聯(lián)系生活實(shí)際，設(shè)計(jì)了相關(guān)的應(yīng)用性習(xí)題。例如，筆者向?qū)W生提問(wèn)道：“排球場(chǎng)總長(zhǎng)18米，網(wǎng)的高度為2米，運(yùn)動(dòng)員站在距離球網(wǎng)3米遠(yuǎn)的線上，正對(duì)網(wǎng)前豎直跳起把球水平擊出。設(shè)擊球點(diǎn)的高度2.5米，問(wèn)球被水平擊出的速度在什么范圍內(nèi)才能保證排球既不觸網(wǎng)也不出界？”隨后學(xué)生開(kāi)始對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)分析與討論，并成功運(yùn)用平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)所探究得到的規(guī)律求解了這一問(wèn)題。球水平擊出后做的是平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)球剛好網(wǎng)擦網(wǎng)而過(guò)時(shí)，水平位移為3米，球下落的高度為0.5米，因?yàn)椤鱤=1/2gt12，x=v1t1，將已知數(shù)據(jù)代入到公式中，可以得到速度v2=3√10m/s。而當(dāng)球剛好打在邊界上時(shí)，水平位移為12米，球下落高度為2.5米，然后代入公式得到速度v2=12√2m/s，因此當(dāng)球被水平擊出的速度在3√10

在上述教學(xué)活動(dòng)中，筆者通過(guò)融入應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論去求解生活中的問(wèn)題，為學(xué)生搭建了一個(gè)觀念建構(gòu)的平臺(tái)，進(jìn)一步升華了對(duì)知識(shí)的理解與認(rèn)知，拓展了課堂教學(xué)的深度與寬度。

總之，物理觀念是隱藏于具體性知識(shí)背后的概括性觀點(diǎn)與方法，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生親歷知識(shí)的探索與發(fā)現(xiàn)過(guò)程，從而促進(jìn)其物理觀念的構(gòu)建。

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